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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft das Gebiet der Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf eine Konfiguration von Kupplungen zur Verwendung in einem Getriebe.
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HINTERGRUND
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Viele Fahrzeuge werden über einen weiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten hinweg, darunter sowohl beim Vorwärts- als auch Rückwärtsfahren, verwendet. Einige Motorarten können jedoch nur innerhalb eines eng gefassten Geschwindigkeitsbereichs effizient betrieben werden. Deshalb werden häufig Getriebe eingesetzt, die Kraft bei verschiedenen Gangübersetzungen effizient übertragen können. Ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedrig, wird das Getriebe üblicherweise mit einer hohen Gangübersetzung betrieben, so dass es das Motordrehmoment zur verbesserten Beschleunigung verstärkt. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht ein Betrieb des Getriebes mit einer niedrigen Gangübersetzung eine Motordrehzahl, die mit ruhigem und kraftstoffeffizientem Fahren einhergeht. In der Regel weist ein Getriebe ein an der Fahrzeugstruktur angebrachtes Gehäuse, eine durch eine Motorkurbelwelle angetriebene Eingangswelle, und eine oftmals über eine Differentialanordnung, die eine Drehung des linken und rechten Rads mit etwas unterschiedlichen Drehzahlen beim Abbiegen des Fahrzeugs gestattet, die Fahrzeugräder antreibende Ausgangswelle auf.
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Eine gebräuchliche Art von Automatikgetriebe verwendet eine Zusammenstellung von Kupplungen und Bremsen. Verschiedene Untergruppen der Kupplungen und Bremsen werden zur Herstellung der verschiedenen Gangstufen eingerückt. Eine gebräuchliche Kupplungsart verwendet ein Kupplungspaket mit Trennplatten, die durch eine Keilverbindung mit einem Gehäuse verbunden und von durch eine Keilverbindung mit einer rotierenden Schale verbundenen Reibplatten durchsetzt sind. Wenn die Trennplatten und die Reibplatten zusammengedrückt werden, kann Drehmoment zwischen dem Gehäuse und der Schale übertragen werden. In der Regel wird eine Trennplatte, die so genannte Reaktionsplatte, an einem Ende des Kupplungspakets axial am Gehäuse gehalten. Ein Kolben legt am gegenüberliegenden Ende des Kupplungspakets eine Axialkraft an eine Trennplatte, die so genannte Druckplatte, an, wodurch das Kupplungspaket komprimiert wird. Die Kolbenkraft wird durch Zufuhr von Druckfluid zu einer Kammer zwischen dem Gehäuse und dem Kolben erzeugt. Bei einer Bremse kann das Gehäuse in das Getriebegehäuse integriert sein. Bei einer Kupplung dreht sich das Gehäuse. Während das Druckfluid von dem stationären Getriebegehäuse zu dem rotierenden Gehäuse strömt, muss es möglicherweise eine oder mehrere Grenzflächen zwischen Komponenten überqueren, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. An jeder Grenzfläche leiten Dichtungen die Strömung von einer Öffnung in einer Komponente in eine Öffnung in der damit zusammenwirkenden Komponente.
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Aus der
SU 564 474 A1 ist ein Planetenradsatz, umfassend einen Planetenträger, ein Sonnenrad und ein Hohlrad, die zur Drehung um eine erste Achse konfiguriert sind, mehrere Planetenräder, die zur Drehung bezüglich des Planetenträgers konfiguriert sind und in ständigem Kämmeingriff mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad stehen, und eine Kolbenrückstellfeder, die radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad und umfangsmäßig zwischen den Planetenrädern Raum einnimmt, bekannt.
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KURZE DARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
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Ein Getriebe enthält einen Planetenradsatz und drei Kupplungen. Die erste Kupplung enthält ein fest mit dem Träger des Planetenradsatzes gekoppeltes erstes Gehäuse, durch eine Keilverzahnung mit dem ersten Gehäuse verbundene Trennplatten, von den Trennplatten durchsetzte Reibplatten und einen zum axialen Gleiten in dem ersten Gehäuse konfigurierten Kolben. Die erste Kupplung kann auch eine Kolbenrückstellfeder enthalten, die dazu konfiguriert ist, den Kolben von dem Planetenradsatz weg zu drücken. Die Kolbenrückstellfeder kann Raum zwischen den Planetenrädern des Planetenradsatzes einnehmen. Die zweite und die dritte Kupplung teilen ein zweites Gehäuse, das fest mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes gekoppelt ist. Die zweite und die dritte Kupplung weisen jeweils durch eine Keilverzahnung mit dem zweiten Gehäuse verbundene Trennplatten, von den Trennplatten durchsetzte Reibplatten und einen zum axialen Gleiten in dem zweiten Gehäuse konfigurierten Kolben auf. Die Reibplatten der zweiten Kupplung können durch eine Keilverzahnung mit einer Hohlwelle verbunden sein, die sich durch das erste Kupplungsgehäuse erstreckt und fest mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes gekoppelt ist. Eine Eingangswelle kann sich durch die Hohlwelle und durch das zweite Gehäuse erstrecken.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schemadiagramm einer Getriebezahnradanordnung.
- 2 ist ein Querschnitt einer der Kupplungen und eines der Planetenradsätze eines Getriebes gemäß der Zahnradanordnung von 1.
- 3 ist ein Querschnitt dreier der Kupplungen und eines der Planetenradsätze eines Getriebes gemäß der Zahnradanordnung von 1.
- 4 ist ein Querschnitt dreier der Kupplungen und eines der Planetenradsätze eines Getriebes gemäß der Zahnradanordnung von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden hierin Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise auszuüben ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit anderen Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
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Eine Zahnradanordnung ist eine Zusammenstellung von rotierenden Elementen und Schaltelementen, die dazu konfiguriert ist, spezielle Drehzahlverhältnisse zwischen den rotierenden Elementen vorzugeben. Einige Drehzahlverhältnisse, so genannte feste Drehzahlverhältnisse, werden unabhängig vom Zustand irgendwelcher Schaltelemente vorgegeben. Andere Drehzahlverhältnisse, so genannte selektive Drehzahlverhältnisse, werden nur vorgegeben, wenn bestimmte Schaltelemente vollständig eingerückt sind. Ein Stufenwechselgetriebe weist eine Zahnradanordnung auf, die gezielt verschiedenste Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle vorgibt.
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Rotierende Elemente sind als Gruppe fest miteinander gekoppelt, wenn sie so beschränkt sind, dass sie sich unter allen Betriebsbedingungen als eine Einheit drehen. Rotierende Elemente können durch Keilverzahnungsverbindungen, Schweißen, Presspassung, Herausarbeiten aus gemeinsamem Vollmaterial oder anderweitig fest gekoppelt sein. Es können geringfügige Abweichungen bei der Drehverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen auftreten, wie Verschiebung durch Spiel oder Wellennachgiebigkeit. Im Gegensatz dazu sind zwei rotierende Elemente durch ein Schaltelement gezielt gekoppelt, wenn das Schaltelement sie auf Drehung als eine Einheit beschränkt, wann immer das Schaltelement vollständig eingerückt ist, und sie sich zumindest unter einigen anderen Betriebsbedingungen mit verschiedenen Drehzahlen frei drehen können. Ein Schaltelement, das ein rotierendes Element durch gezieltes Verbinden des Elements mit dem Gehäuse gegen Drehung hält, wird als Bremse bezeichnet. Ein Schaltelement, das zwei oder mehr rotierende Elemente gezielt miteinander koppelt, wird als Kupplung bezeichnet. Schaltelemente können aktiv gesteuerte Vorrichtungen, wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen oder Bremsen, oder passive Vorrichtungen, wie Freilaufkupplungen oder Bremsen, sein.
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Ein beispielhaftes Getriebe wird in 1 schematisch dargestellt. Das Getriebe verwendet vier einfache Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50. Ein Planetenträger 22 dreht sich um eine mittlere Achse und stützt einen Satz von Planetenrädern 24 derart, dass sich die Planetenräder bezüglich des Planetenträgers drehen. Äußere Zahnradzähne an den Planetenrädern kämmen mit äußeren Zahnradzähnen an einem Sonnenrad 26 und mit inneren Zahnradzähnen an einem Hohlrad 28. Das Sonnenrad und das Hohlrad werden zur Drehung um die gleiche Achse wie der Träger gestützt. Die Zahnradsätze 30, 40 und 50 sind auf ähnliche Weise strukturiert.
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Ein vorgeschlagenes Zahnradzähneverhältnis für jeden Planetenradsatz ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1
| Hohlrad 28 / Sonnenrad 26 | 2,20 |
| Hohlrad 38 / Sonnenrad 36 | 1,75 |
| Hohlrad 48 / Sonnenrad 46 | 1,60 |
| Hohlrad 58 / Sonnenrad 56 | 3,70 |
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Bei dem Getriebe von 1 ist das Sonnenrad 26 fest mit dem Sonnenrad 36 gekoppelt, ist der Träger 22 fest mit dem Hohlrad 58 gekoppelt, ist das Hohlrad 38 fest mit dem Sonnenrad 46 gekoppelt, ist die Eingangswelle 60 fest mit dem Träger 32 gekoppelt und ist die Ausgangswelle 62 fest mit dem Träger 52 gekoppelt. Das Hohlrad 28 wird durch die Bremse 66 gezielt gegen Drehung gehalten, und die Sonnenräder 26 und 36 werden durch die Bremse 68 gezielt gegen Drehung gehalten. Die Eingangswelle 60 wird durch die Kupplung 70 gezielt mit dem Sonnenrad 56 gekoppelt. Das Hohlrad 48 wird durch die Kupplung 72 gezielt mit dem Sonnenrad 56 gekoppelt und durch die Kupplung 76 gezielt mit dem Hohlrad 38 und dem Sonnenrad 46 gekoppelt. Der Träger 42 wird durch die Kupplung 74 gezielt mit dem Träger 22 und dem Hohlrad 58 gekoppelt.
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Wie in Tabelle 2 gezeigt, stellt das Einrücken der Schaltelemente in Viererkombinationen zehn Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe zwischen der Eingangswelle 60 und der Ausgangwelle 62 her. Ein X zeigt an, dass das Schaltelement erforderlich ist, um die Gangübersetzung herzustellen. Ein (X) gibt an, dass das Schaltelement betätigt werden kann, aber nicht erforderlich ist. Im 1. Gang kann entweder die Kupplung 74 oder die Kupplung 76 statt der Kupplung 72 betätigt werden, ohne das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Wenn die Zahnradsätze die in Tabelle 1 gezeigten Zähnezahlen haben, haben die Gangübersetzungen die in Tabelle 2 gezeigten Werte. TABELLE 2
| | 66 | 68 | 70 | 72 | 74 | 76 | Übersetzung | Stufe |
| Rückwärts | X | X | | X | X | | -4,79 | 102% |
| 1. | X | X | X | (X) | | | 4,70 | |
| 2. | X | X | | X | | X | 2,99 | 1,57 |
| 3. | X | | X | X | | X | 2,18 | 1,37 |
| 4. | X | | | X | X | X | 1,80 | 1,21 |
| 5. | X | | X | | X | X | 1,54 | 1,17 |
| 6. | X | | X | X | X | | 1,29 | 1,19 |
| 7. | | | X | X | X | X | 1,00 | 1,29 |
| 8. | | X | X | X | X | | 0,85 | 1,17 |
| 9. | | X | X | | X | X | 0,69 | 1,24 |
| 10. | | X | | X | X | X | 0,64 | 1,08 |
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2 zeigt eine Querschnittsansicht des mittleren Abschnitts eines Getriebes gemäß der Zahnradanordnung von 1. Der Querschnitt von 2 ist zwischen den Planetenrädern 44 des Zahnradsatzes 40 vorgenommen. Das Gehäuse 80 der Kupplung 74 ist mit dem Träger 42 des Zahnradsatzes 40 integriert. Eine Zusammenstellung von Trennplatten 82 ist durch eine Keilverzahnung an ihren Innenrändern mit dem Gehäuse 80 verbunden. Eine Zusammenstellung von Reibplatten 84 ist von den Trennplatten 82 durchsetzt und durch eine Keilverzahnung an ihren Außenrändern mit der Schale 86 verbunden. Die Schale 86 ist fest mit dem Träger 22 und dem Hohlrad 58 gekoppelt. Der Kolben 88 wird zum axialen Gleiten im Gehäuse 80 gestützt. Die Kontaktpunkte zwischen dem Gehäuse 80 und dem Kolben 88 haben Dichtungen, so dass das Gehäuse 80 und der Kolben 88 zwei Kammern 90 und 92 definieren. Die Kammern haben einen Innen- und Außendurchmesser, die durch die Kontaktpunkte zwischen dem Gehäuse und dem Kolben definiert werden. Die Kupplung 74 wird durch Druckbeaufschlagung von Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 90 eingerückt, so dass der Kolben 88 zu dem Zahnradsatz 40 gleitet und die Reibplatten 84 zwischen den Trennplatten 82 zusammengedrückt. Wenn das Gehäuse 80 rotiert, können Zentrifugalkräfte Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 90 mit Druck beaufschlagen, was potenziell zu einem unbeabsichtigten Einrücken der Kupplung 74 führen könnte. Fluid in der Ausgleichskammer 92 unterliegt jedoch den gleichen Zentrifugalkräften, die eine Ausgleichskraft auf den Kolben 88 ausüben, um diese Fehlerart zu verhindern. Fluid gelangt über axiale Durchgänge in der Eingangswelle 60 und dann durch Bohrungen in der Hohlwelle 94 in die Kammern 90 und 92. Die Hohlwelle 94 ist fest mit dem Hohlrad 38 und dem Sonnenrad 46 gekoppelt. Die Rückstellfeder 96, die sich in den Raum zwischen den Planetenrädern erstreckt, zwingt den Kolben 88 zum Weggleiten vom Zahnradsatz 40, wenn der Druck in der Kammer 90 abgebaut wird.
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3 zeigt eine in Bezug auf die Ansicht in 2 leicht rückwärtige Querschnittsansicht eines Getriebes entsprechend der in 1 dargestellten Zahnradanordnung. Der Querschnitt von 3 wird durch die Mitte eines der Planetenräder 44 des Radsatzes 40 vorgenommen. Das Gehäuse 98 der Kupplungen 72 und 74 ist fest mit dem Hohlrad 48 des Radsatzes 40 gekoppelt. Eine Zusammenstellung von Trennplatten 100 ist an ihren Außenrändern durch eine Keilverzahnung mit dem Gehäuse 98 verbunden. Eine Zusammenstellung von Reibplatten 102 ist von den Trennplatten 100 durchsetzt und durch eine Keilverzahnung an ihren Innenrändern mit der Schale 104 verbunden. Die Schale 104 ist fest mit der Hohlwelle 94 gekoppelt. Der Kolben 106 wird so gestützt, dass er axial im Gehäuse 98 gleiten kann. Das Gehäuse 98 und der Kolben 106 definieren zwei Kammern 108 und 110. Die Kupplung 76 wird durch Druckbeaufschlagung von Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 108 so betätigt, dass der Kolben 106 zum Radsatz 40 gleitet und die Reibplatten 102 zwischen den Trennplatten 100 zusammendrückt. Auf das Fluid in der Ausgleichskammer 110 wirkende Zentrifugalkräfte kompensieren die auf das Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 108 wirkenden Zentrifugalkräfte. Die Rückstellfeder 112 zwingt den Kolben 106 zum Weggleiten vom Radsatz 40, wenn Druck in der Kammer 108 abgebaut wird.
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Eine Zusammenstellung von Trennplatten 114 ist durch eine Keilverzahnung an ihren Innenrändern mit dem Gehäuse 98 verbunden. Eine Zusammenstellung von Reibplatten 116 ist von den Trennplatten 114 durchsetzt und durch eine Keilverzahnung an ihren Außenrändern mit der Schale 118 verbunden. Die Schale 118 ist fest mit dem Sonnenrad 56 gekoppelt. Der Kolben 120 wird so gestützt, dass er axial im Gehäuse 98 gleiten kann. Das Gehäuse 98 und der Kolben 120 definieren zwei Kammern 122 und 124. Die Kupplung 72 wird durch Druckbeaufschlagung von Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 122 so betätigt, dass der Kolben 120 zum Radsatz 40 gleitet und die Reibplatten 116 zwischen den Trennplatten 114 zusammendrückt. Auf das Fluid in der Ausgleichskammer 124 wirkende Zentrifugalkräfte kompensieren die auf das Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 120 wirkenden Zentrifugalkräfte. Die Rückstellfeder 126 zwingt den Kolben 120 zum Weggleiten vom Radsatz 40, wenn Druck in der Kammer 122 abgebaut wird. Fluid gelangt über axiale Durchgänge in der Eingangswelle 60 in die Kammern 108, 110, 122 und 124. Ein Durchgang im Gehäuse 98 verbindet die Ausgleichskammern 110 und 124.
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Die Gehäuse 80 und 98 sind als einzelne Komponenten beschrieben. Sie würden jedoch wahrscheinlich in mehreren Teilen hergestellt, die bei der Montage aneinander befestigt werden. Die Kupplung 74 kann vor dem Einbau in das Getriebe zusammengebaut werden. Auf gleiche Weise können die Kupplungen 76 und 72 vor dem Einbau in das Getriebe zu einem Zweikupplungsmodul zusammengebaut werden.
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4 zeigt eine in Bezug auf die Ansicht in 3 leicht rückwärtige Querschnittsansicht eines Getriebes entsprechend der in 1 dargestellten Zahnradanordnung. Das Gehäuse 128 der Kupplung 70 ist fest mit der Eingangswelle 60 gekoppelt. Eine Zusammenstellung von Trennplatten 130 ist an ihren Innenrändern durch eine Keilverzahnung mit dem Gehäuse 128 verbunden. Eine Zusammenstellung von Reibplatten 132 ist von Trennplatten 130 durchsetzt und an ihren Außenrändern durch eine Keilverzahnung mit der Schale 118 verbunden. Der Kolben 134 wird so gestützt, dass er axial im Gehäuse 128 gleiten kann. Das Gehäuse 128, der Kolben 134 und die Eingangswelle 60 definieren zwei Kammern 136 und 138. Die Kupplung 70 wird durch Druckbeaufschlagung von Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 136 so betätigt, dass der Kolben 134 zum Radsatz 40 gleitet und die Reibplatten 132 zwischen den Trennplatten 130 zusammendrückt. Auf das Fluid in der Ausgleichskammer 138 wirkende Zentrifugalkräfte kompensieren die auf das Fluid in der Kupplungsbetätigungskammer 136 wirkenden Zentrifugalkräfte. Die Rückstellfeder 140 zwingt den Kolben 134 zum Weggleiten vom Radsatz 40, wenn Druck in der Kammer 136 abgebaut wird.
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Ein einzelner Durchgang in der Eingangswelle 60 versorgt die Ausgleichskammern 92, 110, 124 und 138 mit nicht mit Druck beaufschlagtem Fluid. Der gleiche Durchgang kann andere Teile des Getriebes zur Schmierung mit Fluid versorgen. Die Kupplungsbetätigungskammern 90, 108, 122 und 136 werden über getrennte Durchgänge versorgt, so dass jede Kupplung unabhängig von den anderen Kupplungen ein- und ausgerückt werden kann. In diese fünf Durchgänge in der Eingangswelle 60 kann Flüssigkeit entweder von einem vorderen Träger, durch die Ausgangswelle oder einer Kombination davon fließen.
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Bei der in den 2 - 4 dargestellten Kupplungskonfiguration befinden sich Betätigungskammer und Ausgleichskammer in der gleichen axialen Position und radial im entsprechenden Kupplungspaket. Das verringert die Achslänge des Getriebes im Vergleich zu einer Anordnung der Kupplungspakete axial in einer Linie mit Betätigungskammer und Ausgleichskammer. Da Fluiddruck von der zentralen Welle aus den Kupplungen zugeführt wird, wird durch Anordnung der Kammern nahe der Mittellinie das Erfordernis radialer Durchgänge reduziert. Da sich außerdem die Drehmomentkapazität der einzelnen Kupplungen direkt proportional zum mittleren Durchmesser des Kupplungspakets verhält, verringert die radiale Anordnung der Kupplungspakete außerhalb der Betätigungskammern die erforderliche Anzahl an Reibplatten bzw. die erforderliche Fläche der Betätigungskammer.
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Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen mit umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. gehören. Somit liegen Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder als Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
